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第一章緒論
1.1引言
機(jī)床在現(xiàn)代機(jī)械加工制造業(yè)中主要用于對(duì)各種零件的成型加工，是一種效率高、周期短的先進(jìn)生產(chǎn)工具。企業(yè)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品的質(zhì)量、對(duì)市場需求的應(yīng)變能力以及產(chǎn)品的換代速度都在相當(dāng)大的程度上依賴于機(jī)床設(shè)備的裝備程度[1]。所以，機(jī)床工業(yè) 占據(jù)了機(jī)械產(chǎn)業(yè)的重要部分。
數(shù)字程序控制，簡稱數(shù)控，即數(shù)字控制（Numerical Control簡稱NC)，而數(shù)控機(jī)床行業(yè)則是裝備制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)[2]。通過特定處理方式的數(shù)字信息，它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制機(jī)械裝置的工作。作為先進(jìn)制造技術(shù)的載體，數(shù)控機(jī)床行業(yè)也是發(fā)展尖端工業(yè) (比如航空、航天等國防工業(yè)以及信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)等）和新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，同時(shí)還影響到國家的戰(zhàn)略物資以及國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展等問題[3]。目前很多國家正積極采取重大措施來發(fā)展本國的數(shù)控技術(shù)等產(chǎn)業(yè)。大型數(shù)控鏜銑加工中心被廣泛應(yīng)用于航空航天、造船、鐵路車輛、各種發(fā)電設(shè)備、冶金等特種重型加工中去。因?yàn)檫@些產(chǎn)品涉及國防軍工、重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目等急需技術(shù)的核心，我國正大力進(jìn)行該類機(jī)床產(chǎn)品的技術(shù)研宄及產(chǎn)品開發(fā)工作。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、工藝水平的不斷提高以及先進(jìn)刀具的大量出現(xiàn)和使用，機(jī) 床的加工性能漸漸向著高光潔度、高效率和高精度等方向發(fā)展[4]。通過大量的實(shí)驗(yàn)可以看出，熱誤差對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度有著及其重要的影響，約占到機(jī)床總加工誤差的30%以上，最高可達(dá)70%[5]。如果能將機(jī)床的熱特性進(jìn)行一定程度的改善，那么，它的加工精度、效率、可靠性以及使用壽命都會(huì)得到提高。所以，良好的熱學(xué)特性是良好的機(jī)床加工性能的必備條件。在機(jī)床制造行業(yè)中，隨著人們認(rèn)識(shí)和解決問題能力的不斷增強(qiáng)，機(jī)床結(jié)構(gòu)熱特性的分析和研宄這一重要環(huán)節(jié)越來越受到新產(chǎn)品研發(fā)人員的重視，尤其是對(duì)加工中心主軸箱部件熱特性的研宄。
1.2課顆研窮.背景及意義
隨著機(jī)床精密、高精密加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度的要求也日益提高。中國作為世界制造業(yè)的中心，在機(jī)械制造技術(shù)方面取得了顯著的進(jìn)步。機(jī)械制造業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供了各種現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備，必須強(qiáng)化機(jī)床工業(yè)基礎(chǔ)。一個(gè) 國家的機(jī)床發(fā)展的先進(jìn)程度，所生產(chǎn)的零件是否能滿足生產(chǎn)需求，在一定程度上反映了其制造業(yè)發(fā)展的先進(jìn)程度[6]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各行業(yè)如武器裝備、航空航天以及民用產(chǎn)業(yè)，都對(duì)產(chǎn)品的“精度”提出了更高的要求，所以，現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)主要著眼于精密以及超精密加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。而為了提高機(jī)床的加工精度，首先要做的就是分析機(jī)床產(chǎn)生加工誤差的原因[7]。
通過總結(jié)實(shí)驗(yàn)以及大量的加工經(jīng)驗(yàn)，得出數(shù)控機(jī)床的加工不精確性主要由以下因素造成：
(1) 機(jī)床結(jié)構(gòu)和零部件的裝配誤差以及幾何誤差；
(2) 機(jī)床熱變形所引起的誤差；
(3) 機(jī)床自重以及負(fù)載所造成的幾何變形誤差；
(4) 機(jī)床加工刀具切削力作用以及磨損所形成的誤差；
(5) 其他誤差，如機(jī)床數(shù)控插補(bǔ)算法誤差、軸系伺服誤差等。
在上述誤差造成因素中，熱變形因素以及幾何變形因素占據(jù)了總誤差的主要部分，分別約為45%和30%。而對(duì)于高精密機(jī)床、大型數(shù)控加工中心以及各種精加工工序，熱誤差的比例更有可能占到70%[8]。隨著制造業(yè)技術(shù)的不斷提筒，機(jī)床結(jié)構(gòu)和零部件所造成的幾何誤差得到了有效的控制。而熱誤差則具有其復(fù)雜性:熱源種類多、熱量傳遞方式及規(guī)律的不可預(yù)見性、機(jī)床部件的熱變形還受到與其互為約束部件的限制作用。所以，熱誤差很難量化。不僅機(jī)床的加工精度收到熱變形的影響，而且變形過程所產(chǎn)生的熱應(yīng)力也大大縮短了機(jī)床的使用壽命。所以，尋求補(bǔ)償甚至避免熱變形誤差的方法就成了機(jī)床研發(fā)領(lǐng)域的重要課題。
床身、立柱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及主軸組成了一臺(tái)機(jī)床的主要機(jī)械部件。其中的主軸部件負(fù)責(zé)主加工運(yùn)動(dòng)，而溫度的升高則會(huì)引起不良反應(yīng)[9]。首先，主軸、主軸箱、減速箱等部件在熱源的作用下產(chǎn)生膨脹變形，從而引起主軸的回轉(zhuǎn)中心與其他部件還有加工零件的相對(duì)位置發(fā)生改變，最終直接對(duì)零件的加工精度產(chǎn)生影響。再有就是主軸軸承等元件的潤滑條件在高溫的作用下發(fā)生改變，影響正常工作。
由于臥式鏜銑加工中心各部件以及零件的尺寸都具有較大差異，所以其熱學(xué)特性就比較復(fù)雜，與小型機(jī)床的情況有很大的不同，而且針對(duì)鏜銑加工中心熱學(xué)特性的研宄并不完善和成熟。相比國外的機(jī)床生產(chǎn)技術(shù)，雖然國內(nèi)生產(chǎn)的加工中心的加工精度在不斷提高，仍然具有很大的差距。所以，針對(duì)鍵統(tǒng)加工中心熱特性的研宄成為了熱點(diǎn)。

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